12.03.2021

Młodzi akustycy z AGH wśród zwycięzców prestiżowego studenckiego konkursu projektowego


Absolwenci studiów I stopnia na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki zajęli trzecie miejsce w międzynarodowym konkursie Saul Walker Student Design Competition organizowanym przez Audio Engineering Society (AES) za projekt związany ze swoimi pracami inżynierskimi.

Inż. Piotr Cieślik i inż. Karol Nowakowski, obecnie kontynuujący studia na Wydziale Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji, zostali nagrodzeni za projekt: Acoustic Camera – Project of microphone array in MEMS technology, integrated with Android mobile devices (Kamera akustyczna w technologii MEMS dla urządzeń mobilnych z systemem Android). Udział w konkursie stawiał przed studentami spore wymagania, gdyż zakwalifikowanie się do finału uzależnione było od zaprezentowania jury rzeczywistego działania prototypu.

Piotr Cieślik zajmował się częścią dotyczącą zaprojektowania i wykonania matrycy mikrofonowej, co zaowocowało napisaniem i obronieniem pracy inżynierskiej pt. „Kamera akustyczna – projekt matrycy mikrofonowej w technologii MEMS”. Karol Nowakowski odpowiadał za integrację matrycy mikrofonowej poprzez komunikację Bluetooth oraz zaprojektowanie i wykonanie aplikacji mobilnej na urządzenia z system Android. W rezultacie także napisał i obronił pracę inżynierską, pt. „Kamera akustyczna – wizualizacja źródeł dźwięku za pomocą macierzy mikrofonowej”. Obie prace powstały pod kierunkiem dr. inż. Jakuba Gałki.

Celem studentów było zaprojektowanie i wykonanie kompaktowej kamery akustycznej, której niskie koszty produkcji mogłyby udostępnić tę technologię zwykłym odbiorcom. Pomysł ten zrodził się z obserwacji nowego trendu pomiarów akustycznych, jakim jest holografia akustyczna. Metoda ta polega na wizualizacji źródeł dźwięku oraz emitowanego przez nie poziomu ciśnienia akustycznego poprzez nałożenie sygnału audio z matrycy mikrofonowej na sygnał z kamery wideo.

Obecnie technologia ta jest bardzo droga (średni koszt kamery akustycznej wynosi około 20 000 $) – mówi Piotr Cieślik. Zależało nam na zaprojektowaniu matrycy mikrofonowej, która byłaby nie tylko niedroga, lecz także kompaktowa i łatwa w użytkowaniu. Dlatego jednym z założeń projektowych była jej integracja ze smartfonem i rozmiary nieprzekraczające znacząco wymiarów telefonu lub tabletu.

Po licznych symulacjach numerycznych, potwierdzających realną szansę działania takiej kamery, projektanci wykonali matrycę mikrofonową z wykorzystaniem mikrofonów MEMS, które przy niewielkiej cenie i rozmiarach dawały satysfakcjonującą jakość sygnału. W drugiej kolejności pozyskany sygnał z mikrofonów był wstępnie przetwarzany przez mikrokontroler o architekturze ARM, wykonujący operację filtracji sygnału oraz kształtowania wiązek akustycznych w celu poprawy jakości i precyzji lokalizacji źródeł. Ostatecznie sygnał z matrycy mikrofonowej był wysyłany przez moduł Bluetooth i odbierany przez smartfon. W aplikacji użytkownik mógł dodać wybrany przez siebie filtr korekcyjny i ostatecznie ujrzeć źródła dźwięku w postaci mapy ciepła, nałożonej na sygnał z kamery wideo. Przykładowe ujęcie i prezentację działającego systemu przedstawiono poniżej.

Po fazie prototypowania i przeprowadzeniu testów doszliśmy do wniosku, że warto będzie przedstawić nasz projekt na międzynarodowej konferencji AES 148th Convention w Wiedniu, organizowanej przez Audio Engineering Society. Projekt okazał się na tyle innowacyjny, że w konkursie Saul Walker Student Design Competition przyniósł nam trzecią nagrodę – podsumowuje Piotr Cieślik.